Секрет прочности фисташек раскрыт — ученые сделали 3D-модель

На дне пакета или тарелки всегда остается пара фисташек, открыть которые невозможно. Цивилизация развивается, наши космические корабли бороздят просторы Вселенной, а фисташки все еще не открываются. Биологи из Вены решили разобраться, в чем дело. Начали с грецких орехов — изучили все впадины и выступы, а затем перевели в компьютерную 3D-модель. Следующими на очереди стали фисташки — еще более прочные орехи.

Орех — это сухой плод, внутри которого лежит одно-два семени растения. Скорлупа защищает семена многих растений от голодных животных (и людей). Но мы любим орехи и пытаемся их открыть.

Иногда скорлупа такая прочная, что добраться до съедобной сердцевины очень непросто. Такая твердая и упругая скорлупа складывается из «деревенеющих» клеток склеренхимы — ткани, защищающей клетки растения и придающей ему прочность.

Сначала биологи из Венского университета природных ресурсов и прикладных наук изучили грецкие орехи и обнаружили, что скорлупу так сложно открыть из-за особых клеткок — «многолопастных склереид». У этих клеток сложная неправильная форма со множеством впадин и выступов, которыми они соединяются друг с другом, образуя прочнейший объемный 3D-паззл.

Каждая склереида в грецком орехе сцепляется с 14 соседками, и вместе они образуют очень прочную структуру. Но это не предел — фисташки еще крепче, и структура их еще сложнее.

Чтобы в мельчайших подробностях изучить микроструктуру фисташковой скорлупы, ученые рассмотрели ее сломы с помощью электронного и инфракрасного микроскопов, а также компьютерной томографии.

Оказалось, что каждая склереида в фисташке, как и в грецком орехе, соединяется с 14 другими. Но на их поверхностях в три раза больше неровностей, чем на склереидах грецкого ореха. У каждого выступа очень сложная форма — получается настоящий паззл.

Все это делает фисташку, по выражению автора исследования Нотбурги Гайрлингер, «мастером геометрического соединения клеток».

Контакт клеток получается невероятно прочным. При раскалывании грецкого ореха скорлупа расходится, буквально разделяя клетки одну от другой.

У фисташки соединение оказывается прочнее, чем сами одеревеневшие клеточные стенки: проще разломать их, чем отделить одну склереиду от другой.

Ученые даже считают, что такая прочная структура фисташек может стать вдохновением для новых материалов, одновременно твердых и упругих, из которых можно будет делать шлемы безопасности.